(57)【要約】【課題】本発明は、自動車及び船舶の内燃機関から出る廃熱エネルギー  つまり排気管から大気中へ放出している排気ガス中の熱エネルギー  及び  前記内燃機関冷却装置の熱交換器より大気中又は海水中へ放熱している熱エネルギーを電気エネルギーに変換して電気エネルギーとして利用しエネルギーの有効利用をはかるものである。【解決手段】前記内燃機関の排気ガス中の熱エネルギーを前記内燃機関の排気通路に熱交換器を設けて熱媒液に回収  及び  前記内燃機関の冷却液や潤滑油に含まれる熱エネルギーを空冷式熱交換器の場合熱媒液放熱管と放熱フィンの間にペルチエ素子モジュールを挟設  水冷式熱交換器の場合は  熱媒液放熱管と吸熱冷水管の間にペルチエ素子モジュールを挟設しペルチエ素子のゼーベック効果を利用して従来廃熱としていた熱エネルギーを電力エネルギーとして利用し省エネ、地球環境低負荷に貢献する。【選択図】  図2
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペルチエ素子モジュール1  熱媒液放熱管2  放熱フィン3をそれぞれ数十本交互に熱結合連結し  前記ペルチエ素子モジュール1  及び  前記熱媒液放熱管2の前後を断熱材14で被い  上部に熱媒液循環管2aを設け表面を断熱材14bで被った熱媒液タンク4を、  又下部に熱媒液循環管2aaを設け表面を断熱材14bで被った熱媒液タンク5を設け  且つ  内燃機関に熱交換排気マニホールド6を設け、  前記熱媒液循環管2aと前記熱媒液循環管2aa及び前記内燃機関冷却用熱媒液循環回路と前記内燃機関に設けた前記熱交換排気マニホールド6の熱媒液循環管2e及び熱媒液循環管2eeを連結した前記内燃機関冷却用空冷式熱交換器に熱発電用ゼーベック効果を利用した前記ペルチエ素子モジュール1を組み込んだ事を特徴とする熱交換発電機。
【請求項２】
ペルチエ素子モジュール1  熱媒液放熱管2  放熱フィン3をそれぞれ数十本交互に熱結合連結し  前記ペルチエ素子モジュール1及び前記熱媒液放熱管2の前後を断熱材14で被い 上部に熱媒液循環管2b及び熱媒液循環管2cを設け表面を断熱材14bで被い内部を２分割した熱媒液タンク4aを、  又下部に熱媒液循環管2bb及び熱媒液循環管2ccを設け表面を断熱材14bで被い内部を２分割した熱媒液タンク5aを設け  且つ  内燃機関排気管に排気管熱交換器6aを設け  前記内燃機関冷却用熱媒液循環回路に前記熱媒液循環管2b及び前記熱媒液循環管2bbと連結し  又  前記排気管熱交換器6aの熱媒液循環管2d及び熱媒液循環管2ddと前記熱媒液循環管2c及び前記熱媒液循環管2ccと熱媒液循環ポンプ15を連結した前記内燃機関冷却用空冷式熱交換器に熱発電用ゼーベック効果を利用した前記ペルチエ素子モジュール１を組み込んだ事を特徴とする熱交換発電機。
【請求項３】
ペルチエ素子モジュール11  熱媒液放熱管12  吸熱冷水管13をそれぞれ数十本交互に熱結合連結し前記熱媒液放熱管12の上部を熱媒液循環管12aで連結し下部を熱媒液循環管12aaで連結し  又前記吸熱冷水管13の上部を吸熱冷水循環管13aで連結し下部を吸熱冷水循環管13aaで連結し外部全体を断熱材14aで被い  内燃機関の排気管に排気管熱交換器6aを設け  前記熱媒液循環管12a及び前記熱媒液循環管12aaと前記内燃機関冷却用熱媒液循環回路及び前記排気管熱交換器6aの熱媒液循環管2d及び熱媒液循環管2ddを連結し、  又  前記吸熱冷水循環管13a及び前記吸熱冷水循環管13aaを前記内燃機関の冷却用海水循環回路に連結した前記内燃機関冷却用水冷式熱交換器に熱発電用ゼーベック効果を利用した前記ペルチエ素子モジュール11を組み込んだ事を特徴とする熱交換発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や船舶の内燃機関の排気管  及び  前記内燃機関冷却用熱交換器から出る廃熱を熱電変換素子によって電気に変換する熱交換発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１、従来の自動車や船舶は内燃機関から出る排気ガスに含まれる熱エネルギーはそのまま排気管から大気中に廃出していた。
２、従来の自動車は前記内燃機関の内燃機関冷却液に含まれる熱エネルギーを熱交換器より大気中に廃熱していた。
３、従来の船舶は前記内燃機関の内燃機関冷却液に含まれる熱エネルギーを内燃機関冷却用熱交換器より海水中や湖水中へ廃熱していた。
【０００３】
４、従来の自動車や船舶は内燃機関の回転力を利用して発電機を回転し発電をしていたが  これは前記内燃機関の大きな回転負荷となり燃費を大変悪くしていた。
上記１、２及び３の廃熱量はディーゼル内燃機関で使用した燃料から発生する熱エネルギーの約65％を、  同じくガソリン内燃機関で約75％を大気中あるいは海水中に廃熱として捨てていた事になる、これも地球温暖化の大きな原因の一つであり又大変不経済であった。
又  上記４の回転式発電機(オルタネータ)は大小あるが前記内燃機関に対する回転負荷は  前記内燃機関出力の数馬力も損失していた。
【０００４】
５、(特許文献１)(特許文献２)の排気熱を熱電変換素子で電気に変換する方法もあったがこの方法では熱電変換素子を直接排気管に取り付けるようになっている為一見熱効率は高いように見えるが排気管は高温になる為  熱電変換素子は半導体に電極をハンダ付けによって連結しているため長期間安定動作するか疑問である。
【０００５】
又  排気管は殆ど自動車の下部にあり水跳ねや跳ね飛物等による漏電  損傷の可能性も大である。
前記内燃機関の廃熱は大きく分けて内燃機関冷却用熱交換器の大気中あるいは海水中へ放熱する分と排気管から大気中へ排出する分の二つ有るが文献１及び文献２の方法では排気管から排出する一つの熱エネルギーだけ利用するものである。
【特許文献１】特開平０７−０１２００９広報
【特許文献２】特開２００５−２９９４１７広報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は  自動車や船舶の内燃機関に投入した燃料の75％以上の熱エネルギーが廃熱として無駄になっている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１．内燃機関冷却用熱交換器の温度差が生じて熱エネルギーが移動する熱媒液放熱管と放熱フィンの間に熱電変換用ゼーベック効果を利用したペルチエ素子モジュールを挟設して廃熱を電気エネルギーに変換しエネルギーの有効利用を図る、又  前記放熱フィンを設けたものは空冷式熱交換器で主に自動車、建設機械、農業機械、鉄道車両、産業機械等に使用するが船舶等の内燃機関冷却用水冷式熱交換器の場合前記熱媒液放熱管と吸熱冷水管の間に熱電変換用ゼーベック効果を利用したペルチエ素子モジュールを挟設してペルチエ素子モジュールの一方を高温の熱媒液で過熱し他方を大気又は海水で冷却し発電をする。
２．前記内燃機関排気ガス中の熱エネルギーを排気ガス通路の一部を熱交換器として熱媒液に熱エネルギーを回収して前記内燃機関冷却用熱媒液と同様熱交換発電機に循環し発電を行う。
３．回転式発電は前記内燃機関の大きな回転負荷となるので廃止する。
【発明の効果】
【０００８】
従来は  使用した燃料から出る熱エネルギーの約65％〜75％を大気中及び海水中に廃熱として捨てていたものを本発明に於いては電気に変換して電気エネルギーとして電気モーターを設けて内燃機関の補助動力、電装機器及び灯火類に使用するために
搭載する内燃機関が従来より小型で小馬力のものでよくなる。
燃費が大変良くなる。
使用する燃料が少なくなるので  経済的  且つ  地球温暖化などの原因となる二酸化炭  窒素酸化物等の排出量が低減し地球環境負荷が小さくなる。
騒音が小さくなる。
又  前記回転式発電を廃止するので前記内燃機関出力損失なくなるため一段と燃費がよくなる
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
現在の自動車や船舶の生産技術と電気製品(半導体温冷製品)の生産技術で低燃費  且つ地球環境負荷の小さい自動車や船舶の生産が可能となった
【実施例】
【００１０】
請求項第１項より図１、図２、図３、図４に基づいて説明をすると  先ず熱媒液放熱管2を数十本並べその上に熱媒液タンク4と下にも熱媒液タンク5をハンダ付けしその前記熱媒液放熱管2全ての両側にペルチエ素子モジュール1を耐熱高熱伝導接着剤又は耐熱高熱伝導両面テープで接着し  その前記ペルチエ素子モジュール1と前記ペルチエ素子モジュール1の間に放熱フィン3を前記耐熱高熱伝導接着剤又は前記耐熱高熱伝導両面テープで挟設する、この場合前記熱媒液放熱管2が二分割になっているのは熱媒液の内部圧で前記熱媒液放熱管2の変形を防止するためで、幅が広い設計となる場合は三分割、四分割とする必要がある。
【００１１】
前記ペルチエ素子モジュール1及び前記熱媒液放熱管2の前後に断熱材14を耐熱接着剤で接着、  前記熱媒液タンク4と前記熱媒液タンク5の表面にも断熱材14bを貼り付ける、図４の熱交換排気マニホールド6は内燃機関の排気ガス通穴と熱媒液通穴ができるよう二重構造に鋳物等で排気通穴の排気流抵抗を小さく熱交換効率の良い構造とし  前記内燃機関冷却用熱媒液循環回路の高温側に熱媒液循環管2eeを接続、熱媒液循環管2eと、熱交換発電機の熱媒液循環管2aを接続、熱媒液循環管2aaと内燃機関冷却用熱媒液循環回路の低温側と連結する。
【００１２】
動作については前記内燃機関を始動すると前記内燃機関とその冷却用熱媒液及び前記熱交換排気マニホールド6とその熱媒液は昇温し前記内燃機関で約80℃になり前記熱交換排気マニホールド6で約100℃になるよう設定し(内部圧を高く設定するので沸騰はしない)前記熱媒液は熱交換発電機の前記熱媒液タンク4に循環し前記熱媒液放熱管2内を降下する、この時熱媒液の熱エネルギーは前記ペルチエ素子モジュール1内を前記放熱フィン3へ向かって移動し前記放熱フィン3から大気中へ放熱されると前記ペルチエ素子モジュール１内部ではゼーベック効果により電気エネルギーが発生する。
【００１３】
請求項第２項を図２、図３、図５、図６、図９について説明すると、構造的には請求項第１項とほとんど同じであるが熱交換発電機上下のタンク  つまり熱媒液タンク４a及び熱媒液タンク５aが内部で２分割されていて熱媒液回路が２回路になっているという違いと排気管熱交換器6aが排気管7の途中に有るという違いである為実施例の一部説明を省略する。
【００１４】
排気管熱交換器6aは金属板製大円筒内部に排気ガス通穴用小円管を多数設けたもの、  又は前記金属板製大円筒内部に螺旋状の熱媒液熱交換管を設ける。
内燃機関冷却用熱媒液循環回路の高温側と熱交換発電機の熱媒液循環管2bと接続、  熱媒液循環管2bbを前記内燃機関冷却用熱媒液循環回路の低温側と接続、  又  前記熱交換発電機の熱媒液循環管2cと排気管熱交換器6aの熱媒液循環管2dと接続、  熱媒液循環管2dd及び熱媒液循環ポンプ15と熱媒液循環管2ccと連結する。
【００１５】
動作について説明すると、  前記内燃機関を始動すると前記内燃機関とその冷却用熱媒液及び排気管の途中に設けた前記排気管熱交換器6aとその熱媒液が昇温する、前記内燃機関冷却用熱媒液は熱媒液循環管2b及び熱媒液循環管2bb(熱交換発電機図５の左半分)を循環する、又  前記排気管熱交換器6aの熱媒液は熱媒液循環管2dから前記熱交換発電機の熱媒液循環管2cへ、熱媒液循環管2cc及び熱媒液循環ポンプ15から熱媒液循環管2ddへ循環する  前記ペルチエ素子モジュール1内部を熱エネルギーが移動しゼーベック効果により前記ペルチエ素子モジュール1に電力が発生する、このとき前記内燃機関の冷却用熱媒液と排気ガス中の両方の熱エネルギーの一部が熱交換発電機で電力となりその他は放熱フィン3から大気中へ放熱される。
【００１６】
請求項第３項を図６、図７、図８に基づいて説明すると  吸熱冷水管13ペルチエ素子モジュール11熱媒液放熱管12又前記ペルチエ素子モジュール11吸熱冷水管13の順に耐熱高熱伝導接着剤又は耐熱高熱伝導両面テープで熱結合連結し前記熱媒液放熱管12の上部に熱媒液循環管12aをハンダ連結付けし下部も熱媒液循環管12aaをハンダ連結付けする、  又  前記吸熱冷水管13の上部に吸熱冷水循環管13aをハンダ連結付けし下部も吸熱冷水循環管13aaをハンダ連結付けし全体を断熱材14aで被い、内燃機関冷却用熱媒液循環回路の高温側と排気管熱交換器6aの熱媒液循環管2dと接続し、又熱媒液循環管2ddを熱交換発電機の熱媒液循環管12aに接続、  熱媒液循環管12aaを前記内燃機関冷却用熱媒液循環回路の低温側に接続する。
【００１７】
又  前記熱交換発電機の吸熱冷水循環管13a及び吸熱冷水循環管13aaを内燃機関冷却用海水循環回路に接続する。
動作については  前期内燃機関を始動すると前記内燃機関とその冷却用熱媒液及び排気管熱交換器6aとその熱媒液が昇温し熱交換発電機の熱媒液放熱管12を循環する  又  熱交換発電機の吸熱冷水管13内を海水が循環するので熱交換発電機内の前記熱媒液放熱管12より前記ペルチエ素子モジュール11、吸熱冷水管13へと熱エネルギーが移動するため前記ペルチエ素子モジュール11に電気エネルギーが発生する、上記実施例に於いては内燃機関の冷却用熱媒液と前記内燃機関の排気ガスに含まれる熱エネルギーを電力に変換するものであるが  その他に前記内燃機関の潤滑油に含まれる熱エネルギーを熱交換発電機に潤滑油を循環して電気エネルギーに変換することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は  従来より少ない燃料で従来と同等の仕事を熟す、自動車、建設機械、農業機械、産業機械、鉄道車両、内燃機関式発電装置、船舶に大変有用で省資源、省エネルギー、経済性、低環境負荷に貢献する
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】請求項第１項の熱交換発電機の全体正面図
【図２】図3のA-A部断図
【図３】図１図2図5のA−A部断面一部拡大図
【図４】熱交換排気マニホールドの正面図
【図５】請求項第2項の熱交換発電機の全体正面図
【図６】排気管熱交換器の全体正面図
【図７】請求項第３項の熱交換発電機の全体正面図
【図８】図7のA-A部断面拡大図
【図９】熱媒液循環ポンプ
【符号の説明】
【００２０】
1     ペルチエ素子モジュール
2     熱媒液放熱管
2a    熱媒液循環管
2aa   熱媒液循環管
2b    熱媒液循環管
2bb   熱媒液循環管
2c    熱媒液循環管
2cc   熱媒液循環管
2d    熱媒液循環管
2dd   熱媒液循環管
3     放熱フィン
4     熱媒液タンク
4a    熱媒液タンク
5     熱媒液タンク
5a    熱媒液タンク
6     熱交換排気マニホールド
6a    排気管熱交換器
7     排気管
11    ペルチエ素子モジュール
12    熱媒液放熱管
12a   熱媒液循環管
12aa  熱媒液循環管
13    吸熱冷水管
13a   吸熱冷水循環管
13aa  吸熱冷水循環管
14    断熱材
14a   断熱材
14b   断熱材
15    熱媒液循環ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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